煤矿井下坑道钻机电控自动化技术研究

为顺应煤矿井下钻探装备自动化、智能化发展方向,根据煤矿井下坑道钻机特点,研制了一套钻机电控系统,实现了钻机远程控制、参数监测、工况判断和安全互锁等功能,并在钻机单动控制基础上进行了钻机自动钻进和自动起钻技术研究,大大提高了煤矿井下钻机自动化程度。地面功能性试验与现场工业性试验表明：设计的电控系统功能性、实时性和可靠性满足使用要求。研制的钻机电控系统配套在钻机上,可提高钻机自动化水平,更好地保障了施工人员和设备的安全,对推动煤矿井下钻机智能化发展有积极作用。     

我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展

针对钻机在复杂施工环境下所面临的劳动强度大以及安全风险高等问题,采用电子电路技术、测量传感技术、远程控制技术、视频监测技术以及大数据技术,研制出一套适用于煤矿自动化钻机的远程监控系统。该系统以ZDY4500LFK型煤矿用钻机为主体,实现了视距内控制、井下集控以及地面远程监控3种控制模式,并构建了云端自动化钻机管控平台。具体而言,视距内监控模式通过遥控器、控制器及配套传感器,实现了对井下视觉范围内钻机的精确操作;井下集控模式则集成了集控舱、隔爆兼本安型计算机、本安显示器、隔爆兼本安型交换机、本安摄像头以及本安操控箱等设备,实现了对井下危险钻场的钻机远距离安全监控;地面监控模式则通过地面操控台、地面服务器、显示器、交换机以及AI智能分析盒子等设备,为自动化钻机的地面远程监控提供了有力支持。此外,云端自动化钻机管控平台则主要用于自动化钻机群运行状态和施工状态的数据统计与分析。研制的远程控制系统应用于ZDY4500LFK、ZDY6500LDK型钻机,并实现了视距内遥控、井下集控以及地面远距离控制等多种控制方式的稳定运行。现场试验和测试研究结果表明：(1)钻机视距内遥控系统遥控器按键丰富、控制器具有CAN、RS485等丰富的接口,手机升级便捷方便,可广泛应用于钻机电控化升级和改造。(2)远程集中控制系统可以实现10 km距离的远程控制,控制响应时间小于200 ms。视频、参数采集数据响应及时无卡滞,可以满足井下钻机远程监控的需求。(3)地面远程监控系统可以实现地面钻机远程监控并具有AI识别功能,可实现人员闯入预警和停机功能。(4)自动化钻机管控平台经过功能、压力、并行、访问测试,功能正常,响应及时,系统无崩溃,可用于自动化钻机数据和工况的统计分析。该控制系统的应用在保证钻孔施工安全的同时也为煤矿钻机实现少人化、智能化、信息化提供了借鉴。

     

煤矿用自动化钻机远程监测系统研制

根据国家能源装备制造、煤矿机器人和煤矿智能化发展等政策要求,结合煤炭设备少人化、智能化发展趋势,针对现有煤矿井下钻机参数显示不全、缺乏有效监测、维修不便等问题,为实现自动化钻机地面远程监测,利用传感测量、软件开发、虚拟现实、网络通信、视频监测等技术研制了一种煤矿用自动化钻机远程监测系统。该远程监测系统包括了钻机主体、机载设备、网络通信部分和远程监测服务器。钻机主体为ZDY4500LFK型煤矿用钻机;机载设备包括了控制器和传感器组,用于实现钻机参数采集;网络通信部分包括了交换机、网关等,实现井下和地面的通信;远程监测服务器实现钻机参数和工况的监测。该系统研制后在鄂尔多斯华兴能源有限责任公司唐家会煤矿进行了现场试验,结果显示,该系统数据传输准确,可实现自动化钻机的地面监测功能,为煤矿钻机的少人化、智能化提供了保障。      

基于嵌入式技术的全液压钻机参数监测软件设计

为降低矿用钻机监测诊断系统开发成本,实现监测诊断系统的通用性和可移植性,简化操作流程,面向国内主流全液压钻机设计了一款嵌入式参数监测软件。软件以STM32F407微处理器为运行环境,利用C语言在Visual Studio 2013环境下开发完成。在emWin Simulation上完成GUI仿真测试后,将该软件安置在ZDY4000LR钻机上,并进行了软件功能验证实验。实验表明：该软件运行稳定可靠,可实时监测钻机参数;并具有数据存取功能;软件配置灵活,移植方便,成本可控;适用于不同型号、不同监测需求的全液压钻机。     

ZDY4500LFK全自动钻机开发与应用

为加速推进煤矿智能化建设,满足矿井透明地质保障系统构建需求,提高各类钻孔施工的自动化程度,减少井下工人数量,开发了ZDY4500LFK型全自动钻机,并配套开发了钻机的地面监测和控制系统。提出了该钻机结构设计方案,钻机地面监测和控制系统的组成和方案。并结合钻机在淮河能源西部煤电集团唐家会煤矿透明地质保障系统钻孔施工应用中遇到的问题,提出了杆仓列定位、自动接卸扣等关键技术,提高了钻机的可靠性、自动化程度。工业性试验结果表明:开发的地面监测和控制系统功能性、实时性满足使用要求,采用相关技术后,全自动钻机各系统运行可靠,杆仓列定位精准,主动钻杆丝扣磨损明显减少。研制的ZDY4500LFK型全自动钻机及其配套监测和控制系统减少了井下施工人员的数量,实现了稳定的全自动钻孔作业,为唐家会煤矿透明地质保障系统提供了可靠装备支撑。      

露天煤矿采场无人机遥感图像小目标检测

露天煤矿采场地形复杂,车辆事故时有发生,准确定位车辆位置对于安全生产至关重要。针对矿区无人机遥感图像小目标定位不准确的问题,提出了一种改进的YOLOv7目标检测模型。首先对原始网络模型中的ELAN模块进行卷积替换,加速网络的推理速度。并在此基础上,进一步结合eSE通道注意力机制,形成PConv-eSE卷积注意力模块,加强模型网络对小目标的特征提取能力,降低背景信息的影响。最后,使用NWD度量标准的损失函数,进一步优化网络,提高准确性。在矿区采场车辆数据集上对改进的模型进行了实验验证,结果表明：改进后的模型P_mav值达到94.5%,相对于原始模型上升了7.2%,有效解决了原始网络对于遥感小目标定位漏检的问题,为无人机在露天矿区小目标定位领域的应用提供了理论基础。